一种抑制风电功率波动的直流侧电压控制方法

本文提出一种风力发电系统中抑制功率波动的控制策略。这种控制策略充分利用直流侧的储能元件,允许直流侧电压在一定范围内波动,从而抑制风力发电系统输出功率的波动,同时它也不影响风力发电系统的最大风能跟踪。仿真和实验都验证了这种控制策略的正确性。     

大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。     

基于IGBT串联技术的10kV固态直流断路器研制

直流断路器作为未来基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统组网的关键设备,可以在出现短路故障时快速切断故障电流并使故障部分退出运行,避免停运整个直流系统。提出了一种适用于柔性直流输电系统的固态直流断路器技术方案,建立了IGBT串联的固态直流断路器仿真模型,研究了IGBT栅极电阻、拖尾电流和门极电荷等差异对IGBT串联均压特性的影响。仿真结果表明,静态和动态均压电路可有效改善IGBT间的均压效果。最后搭建了10个IGBT串联的直流断路器样机及实验回路,并完成了直流母线电压10 kV、峰值电流5.1 k A的关断实验,验证了基于IGBT串联技术固态直流断路器方案的可行性。     

光伏中压直流变换器串联系统控制策略研究

针对光伏中压直流变换器串联系统中光伏发电单元功率失配导致的变换器输出过电压及功率损失问题,分析了光伏直流变换器串联系统运行特性,推导了限电压控制下串联系统光伏功率损失与光伏发电单元功率不均衡度及变换器输出电压限幅值之间的关系;提出了改进型Boost全桥隔离功率模块拓扑及其调制策略,基于功率模块输入并联输出串联形成模块级联型直流变换器,通过占空比灵活调节,实现直流变换器宽输出电压范围运行,解决直流变换器调压能力不足导致的功率损失问题;针对光伏直流变换器串联系统复杂运行工况,提出了串联系统直流变换器自适应电压分段式控制策略,实现了串联系统直流变换器多模式自适应稳定运行。研制了3kV/80kW功率模块及20kV/500kW光伏中压直流变换器,基于3台直流变换器输出串联实现了光伏中压直流变换器串联升压并网系统实证应用,现场实验结果验证了所提直流变换器拓扑方案的可行性与控制策略的有效性。     

直流微电网周期波动对光伏系统输出功率的影响及其抑制

分析了单相交流逆变负载对直流母线电压的影响及波动电压的表达式。进一步分析了直流母线电压波动对直流微电网中光伏发电系统输出功率的影响并推导了光伏电池输出电压、电流及输出功率的表达式,进而揭示出了由于直流母线电压的波动影响造成光伏电池无法持续处于最大功率输出点,间接降低了光伏发电系统的发电效率。提出了基于直流母线电压波动前馈的光伏发电系统电流闭环控制策略,有效抑制了直流母线电压波动对光伏电池输出功率的影响。仿真和实验结果验证了理论分析结果与所提方法的正确性和可行性。     

基于模糊逻辑双环控制的光伏发电系统最大功率跟踪算法

根据光伏阵列非线性伏安特性,提出了基于模糊逻辑双环控制光伏阵列最大功率跟踪算法,使得光伏阵输出功率接近于理论最大值。系统主要由单相逆变器、控制器和交流水泵机组组成,主控制环实现光伏阵列最大功率跟踪初级模糊控制算法,输出为最大功率点处电压。该电压作为逆变控制器参考输入电压,内环模糊控制用于控制变频器输出频率,进一步控制交流水泵机组的输出功率,实现了更高精度的跟踪光伏阵列最大功率点跟踪。实验结果表明,所提出算法能有效提高光伏阵列的输出效率。     

基于模糊逻辑双环控制的光伏发电系统最大功率跟踪算法

根据光伏阵列非线性伏安特性,提出了基于模糊逻辑双环控制光伏阵列最大功率跟踪算法,使得光伏阵输出功率接近于理论最大值.系统主要由单相逆变器、控制器和交流水泵机组组成,主控制环实现光伏阵列最大功率跟踪初级模糊控制算法,输出为最大功率点处电压.该电压作为逆变控制器参考输入电压,内环模糊控制用于控制变频器输出频率,进一步控制交流水泵机组的输出功率,实现了更高精度的跟踪光伏阵列最大功率点跟踪.实验结果表明,所提出算法能有效提高光伏阵列的输出效率.     

直流串联型风电机组控制策略及仿真分析

描述了基于直流串联的风电场的结构和工作特点．．讨论了直流串联型风电机组的控制策略,并分析了出口电压和电流的工作曲线。建立风电机组串联的仿真模型,研究在正常工作模式和电压限幅工作模式下各状态量的变化情况,比较机群功率输出的异同,设计了风电机组投入和切除时的控制方法,并进行了仿真验证。对接收电网出现短暂接地故障的风电机组的反应状况进行了仿真,结果显示风电机组运行正常。     

基于新型直流风电机组的串联型全直流发电系统设计研究

通过直流风电机组(DC wind turbine, DCWT)建设直流风电场实现风能的直流汇集与直流传输是海上风电系统的主要发展方向之一。为了使DCWT具备高压绝缘隔离、能量双向流动以及直流短路故障自清除能力,提出了一种适用于串联型全直流发电系统的新型DCWT拓扑。该DCWT拓扑采用了H桥结构的DC/DC变换器代替传统的隔离型DC/DC变换器,将DCWT直接串联并加以调制实现低压直流到高压直流的变换。基于PSCAD/EMTDC搭建了基于新型DCWT的串联型全直流发电系统仿真模型。经风电系统的DCWT在输出功率均衡、输出功率不均衡、高压直流母线电压波动等稳态运行工况以及故障DCWT动态切入切出等故障运行工况下的仿真,验证了该DCWT的输出特性、系统的运行特性以及系统对故障DCWT的处理能力,提高了直流风电场的运行可靠性与灵活性,为直流风电场的建设提供了一种切实可行的解决方案。     

基于RMC的海上风电-HVDC系统功率协调控制

海上风力发电-高压直流输电HVDC(high voltage direct current)系统是风力发电及其功率传输技术的发展方向。文中分析了电压型精简矩阵变换器RMC(reduced matrix converter)的双极性电压空间矢量调制BV-SVM(bipolar voltage space vector pulse-width modulation)策略,提出了基于RMC的直驱海上风电-高压直流输电系统控制策略以及基于有功功率指令修正的RMC换流器功率协调控制策略。在正常情况下实现了最大风能跟踪MPPT(maximum power point tracking)控制、直流稳压以及并网有功/无功功率解耦控制;在电网电压跌落时实现了HVDC系统海上-岸上换流器协调控制,保持HVDC系统有功功率传输平衡,提高了风电机组的低电压穿越LVRT(low-voltage ride-through)能力。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

基于柔性直流互联的抽水蓄能与可再生能源协同运行策略

为了抑制大规模可再生能源的并网波动,提出一种适用于含抽水蓄能电站与可再生能源发电系统的多端柔性直流输电协同运行策略。该策略根据多端柔性直流输电系统的直流电压波动情况,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,通过调整抽水蓄能机组的运行速率以及计划输出功率,减少其实际出力与预测出力偏差,从而降低可再生能源输出功率波动对交流系统带来的影响。通过建立由互联抽水蓄能电站、风力发电场、光伏发电站和交流电网组成的四端柔性直流输电系统进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统拓扑及控制策略

介绍了一种适用于宽风速范围运行的新型定子双绕组感应发电机风力发电系统,其拓扑特点是将控制侧励磁变换器的直流母线经二极管与功率侧直流母线相连。在低风速区,利用电压泵升原理将励磁变换器的直流母线电压泵升至指令值,电能由控制侧直流母线端输出,拓宽了系统在低风速下的风能利用能力;在高风速区,功率绕组侧输出电压可上升至指令值,并联二极管断开,电能由功率侧整流桥的直流母线输出,控制侧变换器调节系统励磁无功保持输出电压恒定。该发电系统拓扑及控制方法实现了系统在宽风速范围内均能输出恒定的高压直流,可简化后级并网逆变器的结构和控制。在一台额定37 kW/DC 600V的样机上进行了实验研究,结果表明该风力发电系统的可行性和控制策略的有效性。     

基于遗传算法的直流电机风力发电系统最优励磁控制技术

针对风力发电系统发电机转速波动较频繁,难于同时对电压和频率的稳定性实施控制等特点,结合直流发电机的工作特性,提出了基于直流发电机的风力发电系统控制技术。采用基于遗传算法的最优励磁控制技术对发电机的励磁实施控制,使发电机获得了稳定的输出电压。从理论上分析了直流风力发电系统的可行性及其特点,重点分析和研究了基于遗传算法的直流风力发电机组最优励磁控制技术在稳定输出电压方面的性能,运用Matlab对该系统进行了仿真,并用直流电动机作原动机,通过调节电动机的转速模拟风速变化引起的风力机转速变化。在电力系统动态模拟试验室中进行了大量实验,通过比较和分析获取的数据和仿真结果,进一步验证了该方法的正确性和可行性。     

柔性直流输电系统的变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略

柔性直流输电是新能源并网消纳的主要输电形式.由于新能源出力波动性会导致柔性直流输电系统的直流电压波动,影响其安全稳定运行.为了有效抑制柔性直流输电系统中直流电压波动,提出变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略?首先建立了变速抽水蓄能机组、四端柔性直流电网、风电场及光伏电站的仿真模型.其次,以直流电压偏差乘以相应系数作为变...     

基于半桥子模块的直流卸荷装置

海上风电柔性直流(柔直)送出系统所接入的陆上交流电网发生故障后,风电场持续输出的盈余功率会造成直流过电压。解决盈余功率最有效的手段是采用卸荷装置对盈余功率进行泄放。文中针对功率器件直接串联的集中式直流卸荷装置投退功率冲击大、器件同时开断难以及分布式直流卸荷装置成本高的问题,提出基于半桥子模块的集中式直流卸荷装置方案,并研究所提拓扑的参数设计方法与控制策略。该方案可以克服大规模功率器件直接串联的技术困难和风险,还可以通过子模块逐步投切降低电阻电压变化率,从而降低功率泄放对直流系统的冲击以及卸荷电阻的制造难度。与分布式直流卸荷装置相比,文中方案仅采用集中式电阻而省去了子模块中的泄放支路,大幅降低设备成本。在PSCAD平台进行海上风电柔直送出系统故障穿越仿真,结果表明所提集中式直流卸荷装置拓扑及控制方案具有良好的性能。     

独立海岛海水淡化直流微网能量管理策略研究

世界淡水资源不足,海水淡化已成为解决全球水资源紧缺的研究热点。针对包含风力发电机、储能系统以及海水淡化负荷的直流微网,提出了基于超短期风速预测的直流微电网实时能量管理调度策略。该控制策略分为小时前计划和实时运行两个阶段。针对小时前计划,提出了根据预测风功率及蓄电池的荷电状态确定海水淡化机组投切台数和投切方案的方法;针对实时运行阶段,提出了基于电压下垂特性的直流电压协调控制方案,在不同的运行工况下,通过蓄电池稳压、风电机组限功率运行及负荷减载,保证了直流电压的稳定。通过MATLAB/SIMULINK仿真,验证了在不同的运行工况下,所提海水淡化机组投切方案及电压协调控制策略的稳定性。     

直驱永磁风力发电系统在不对称电网故障下的电压稳定控制

针对直驱永磁风力发电机组（D-PMSG）在不对称电网故障下,负序分量对直流母线电压会产生2倍频振荡的问题,提出利用单相电压延迟60°来构造三相对称电压,消除负序分量对直流母线电压的影响,对D-PMSG在不对称故障下电压跌落的控制策略展开了研究。网侧逆变器外环采用电压环稳定直流电压,控制变换器发出的有功功率,内环采用电流前馈控制,使电压矢量在dq轴间解耦,由外环控制得出的电流参考值来控制逆变器的电流,同时结合能量泄放回路解决D-PMSG在电网发生不对称故障下直流侧的功率拥堵。另外,对网侧动态电压恢复器DVR采用改进的最小能量法控制策略,为系统提供最大无功功率支持,有利于网侧电压恢复,从而保证系统的稳定运行。以河西电网的实时数据进行仿真,结果证明了所提控制策略的有效性。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

不同电网故障情况下DFIG运行特性比较

现代风力发电的发展,对风电生产提出了新的需求,即在电网电压跌落处于一定范围内时风力发电机装置必须保持和电网相连,其中双馈式风力发电机(DFIG)的电压跌落渡过能力是目前风电研究的一个热点。为确保DFIG的低压过渡能力,通过仿真1.5 MW的双馈风力发电机,研究了对称电网电压跌落时,DFIG的定转子的电压电流、电磁转矩、转速、直流侧电压、有功、无功等量的动态响应情况;比较了不同电网电压跌落情况下,各动态响应的剧烈程度;分析了响应产生的原因并介绍了几种可行的双馈风力发电机电压跌落渡过策略。仿真结果说明DFIG在电网电压跌落对称故障下的动态响应由电网电压跌落的程度及系统控制结构决定。     

基于V~2控制方法双Boost-Buck单一逆变器的风光储分布并网/孤岛离网控制模式

目前边缘农牧区采用风光互补发电,由于通过各自逆变器运行,存在成本高、能耗高等问题。提出采用双Boost-Buck单一逆变器结构实现风光储联合发电共用直流母线方案,达到降低投资成本和运行能耗的效果。首先设计了基于V2控制双Boost-Buck变换器风光储联合发电的拓扑结构和电路,实现了输入电压在较宽范围内波动时输出电压仍然能够恒值控制的目标,同时采用电压斜坡补偿方法抑制了Boost-Buck电路自激振荡问题。接着基于蓄电池,制定了储能平抑风光波动、九宫分区跟随负荷、模糊充放电等控制策略,达到了风光储发电与逆变器无缝对接。其次基于风光储联合发电系统,进行了减小弃风光电量效益评估。最后基于风光储分布并网和孤岛离网控制模式,研发了软硬件装置,进行了仿真验证和试验测试。结果表明:逆变器输出电流具有良好的静、动态性能,同时实现了较好的经济性、有效性、稳定性和可靠性。